JP6944481B2 - 可変容量型油圧ポンプシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば建設機械のアクチュエータを駆動する圧油を吐出する可変容量型油圧ポンプを含む可変容量型油圧ポンプシステムに関する。

建設機械においてエンジン等の原動機で駆動される可変容量型の油圧ポンプは、原動機の出力トルクの範囲内で入力トルクが制限されるように、傾転アクチュエータで傾転を調整して容量が制御される場合がある。この種の油圧ポンプでは、動作中にリンク等で傾転を制御装置（制御機構を含む）にフィードバックする機構が備えられる場合がある（特許文献１等参照）。

実公平３−３２７８８号公報

油圧ポンプの可変容量機構や傾転アクチュエータ、フィードバック機構、傾転角センサに傾転角を入力するリンク機構等の可動部は経年摩耗する。この可動部の摩耗が進行すると、例えば傾転角センサで測定した傾転の実測値が同一でも実際の傾転が例えば建設機械の出荷当時から異なってくる。こうした傾転の測定誤差が拡大すると、油圧ポンプの容量制御の精度が低下してしまう。

本発明の目的は、傾転角をセンサに伝える部品の経年摩耗により傾転角の測定誤差が拡大しても精度良く容量を制御することができる可変容量型油圧ポンプシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、本体としてのケーシングと、前記ケーシングに収容されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの複数のシリンダ室にそれぞれ摺動可能に挿入された複数のピストンと、前記シリンダ室に対する前記ピストンのストローク量を調整する傾転機構と、往復動作するサーボピストンにより前記傾転機構を駆動する傾転アクチュエータと、前記傾転アクチュエータを制御するレギュレータと、前記傾転機構の傾転角を測定する傾転角センサと、前記傾転機構と前記傾転角センサとを連結し前記傾転角センサに傾転角を入力するリンク機構と、前記傾転角センサの測定値を基に前記レギュレータをフィードバック制御するコントローラとを備えた可変容量型油圧ポンプシステムにおいて、前記サーボピストンの可動範囲における可動方向の少なくとも一端位置で前記サーボピストンを検出する傾転角較正用の接触センサを備え、前記コントローラは、前記接触センサから信号が入力された際の前記傾転角センサの測定値と予め記憶されたその基準値との偏差を演算し、その後の前記傾転角センサの測定値を前記偏差に基づいて補正することを特徴とする。

本発明によれば、可動範囲の端部でサーボピストンを接触センサで検出して、その際の傾転角センサの測定値と基準値との偏差を算出し、この偏差により傾転角センサの測定値を補正する。サーボピストンの可動範囲の端部位置はリンク機構等に生じた経年摩耗の影響を受けず普遍的であるため、サーボピストンの可動範囲の端部位置については例えば出荷当時と実質的に同一条件を再現することができる。そして、サーボピストンの位置が等しい条件で傾転角センサの測定値について現在の値を例えば出荷当時に得た基準値と比較することで、可動部品の経年摩耗による傾転角センサの測定値の変化を測ることができる。従って、経年摩耗による傾転角の測定誤差として上記偏差を測定することができ、この誤差を傾転角の測定値に反映させることで可動部品の経年摩耗により傾転角の測定誤差が拡大しても精度良く容量を制御することができる。

本発明の第１実施形態に係る可変容量型油圧ポンプシステムを構成する可変容量型油圧ポンプの断面図 図１中のII−II線による矢視断面図 本発明の第１実施形態に係る可変容量型油圧ポンプシステムを構成する傾転角測定装置の断面図 本発明の第１実施形態に係る可変容量型油圧ポンプシステムを構成する傾転角補正量検出装置（運転モード時）の断面図 本発明の第１実施形態に係る可変容量型油圧ポンプシステムを構成する傾転角補正量検出装置（較正モード時）の断面図 本発明の第１実施形態に係る可変容量型油圧ポンプシステムを構成する容量制御装置を模式的に表す回路図 本発明の第１実施形態に係る可変容量型油圧ポンプシステムにおける傾転角の制御手順を表すフローチャート 本発明の第１実施形態における傾転角の測定値の補正概念の説明図 本発明の第２実施形態に係る可変容量型油圧ポンプシステムを構成する可変容量型油圧ポンプの断面図 本発明の第２実施形態に係る可変容量型油圧ポンプシステムにおける傾転角の制御手順を表すフローチャート 本発明の第２実施形態における傾転角の測定値の補正概念の説明図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

＜第１実施形態＞
−可変容量型油圧ポンプシステム−
本実施形態に係る可変容量型油圧ポンプシステムは、可変容量型油圧ポンプ１０（図１及び図２）、傾転角測定装置２０（図３）、傾転角補正量検出装置３０（図４及び図５）、及び容量制御装置４０（図６）を含んで構成されている。以下の説明において、可変容量型油圧ポンプシステムを「ポンプシステム」、可変容量型油圧ポンプを「油圧ポンプ」と適宜略称する。

−可変容量型油圧ポンプ−
図１は本発明の第１実施形態に係る可変容量型油圧ポンプシステムを構成する可変容量型油圧ポンプの断面図、図２は図１中のII−II線による矢視断面図である。油圧ポンプ１０は、ケーシング１１、シリンダブロック１２、複数のピストン１３、傾転機構１４、傾転アクチュエータ１５を含んで構成されている。本実施形態では斜軸式の油圧ポンプ１０を例示しているが、斜軸式の油圧ポンプにも本発明は適用可能である。

ケーシング１１は油圧ポンプの本体であり、メインケーシング１１ａとヘッドケーシング１１ｂを含んで構成されている。メインケーシング１１ａはシリンダブロック１２や回転軸１６を収容する円筒状の部材である。回転軸１６の先端（図１中の右端）はケーシング１１から突出し、油圧ポンプ１０を搭載する建設機械の原動機（エンジン或いは電動機）の出力軸に連結される。回転軸１６の基端（図１中の左端）には円板状のドライブディスク１６ａが一体的に形成されている。回転軸１６はメインケーシング１１ａに一方側の開口から挿し込まれ、シリンダブロック１２にドライブディスク１６ａを対向させた姿勢で軸受１６ｂ，１６ｃを介してメインケーシング１１ａに対し回転自在に支持されている。ヘッドケーシング１１ｂはメインケーシング１１ａの他方側の開口を塞いでいる。

シリンダブロック１２はメインケーシング１１ａの内部に収容されており、センタシャフト１７（後述）を介してドライブディスク１６ａに連結されていて回転軸１６と共に回転する。シリンダブロック１２には、その軸方向に複数のシリンダ室１２ａが穿設されている。これらシリンダ室１２ａはシリンダブロック１２の回転中心線を囲んで環状に配置されている。各シリンダ室１２ａの内部には、それぞれピストン１３が往復摺動可能に挿入されている。各ピストン１３の基端（図１中の右端）にはそれぞれコネクティングロッド１３ａが備わっている。各コネクティングロッド１３ａの先端はジョイントボール１３ｂになっており、それぞれジョイントボール１３ｂを介して各ピストン１３がドライブディスク１６ａに揺動自在に連結されている。

傾転機構１４はシリンダ室１２ａに対するピストン１３のストローク量（ポンプ容量）を調整する機構であり、シリンドリカルレンズ型の摺動面１４ｂを持つ弁板１４ａを含んで構成されている。弁板１４ａの中心にはセンタシャフト１７と揺動ピン１８が両側から挿し込まれている。センタシャフト１７はシリンダブロック１２の回転中心を貫通してドライブディスク１６ａに連結している。センタシャフト１７とシリンダブロック１２とは一体に回転する。弁板１４ａとシリンダブロック１２との対向面は回転摺動面となっており、シリンダブロック１２が弁板１４ａに対してセンタシャフト１７を中心に回転摺動する。またセンタシャフト１７の先端（図１中の右端）はジョイントボール１７ａになっており、このジョイントボール１７ａを介してセンタシャフト１７がドライブディスク１６ａに対して揺動自在に連結されている。

弁板１４ａはヘッドケーシング１１ｂに形成された円弧状の案内面に摺動面１４ｂが摺動するようになっており、ジョイントボール１７ａの中心を通る揺動中心線Ｃを中心としてシリンダブロック１２及び弁板１４ａが円弧軌道を描いて往復揺動する。また弁板１４ａには、シリンダブロック１２の回転により各シリンダ室１２ａと間歇的に連通するポート１４ｃ，１４ｄ（図２）が設けられている。ポート１４ｃ，１４ｄはヘッドケーシング１１ｂに設けられた油通路１１ｃ，１１ｄと弁板１４ａの位置に関わらず連通する。従って、回転軸１６に対するセンタシャフト１７の傾斜角（傾転角θ）が変化するとシリンダ室１２ａに対するピストン１３のストローク量（ポンプ容量）が変化し、油通路１１ｃ，１１ｄを介した作動油の給排量が変化する。

傾転アクチュエータ１５はセクタ型の押し退け容量可変機構であり、ヘッドケーシング１１ｂに形成したシリンダ室１５ａの内部で軸方向に往復動作するサーボピストン１５ｂで傾転機構１４を駆動し、上記案内面に沿って弁板１４ａを摺動させる。シリンダ室１５ａの内部はサーボピストン１５ｂにより２つの受圧室１５Ａ，１５Ｂに隔てられており、受圧室１５Ａにはパイロットポート１５ｃ（図１）が、受圧室１５Ｂにはパイロットポート１５ｄ（図１）が接続している。受圧室１５Ａはパイロットポート１５ｃを介して常に加圧されており、パイロットポート１５ｄを介して受圧室１５Ｂを加圧すればサーボピストン１５ｂが図１中の上方向に移動し、受圧室１５Ｂを減圧すればサーボピストン１５ｂが図１中の下方向に移動する。サーボピストン１５ｂには上記揺動ピン１８を介して弁板１４ａが連結されており、サーボピストン１５ｂを駆動することで傾転が変化する。

なお、サーボピストン１５ｂの端部（図１中の下端）には外径の拡大した段差部１５ｅが設けられており、サーボピストン１５ｂの可動範囲の一端（同図中の上限）は段差部１５ｅがシリンダ室１５ａの段差１５ｆに当たる位置に制限されている。サーボピストン１５ｂの可動範囲の他端（同図中の下限）はシリンダ室１５ａの端部（同図中の下端）にサーボピストン１５ｂの端面（同図中の下端面）が当たる位置である。

−傾転角測定装置−
図３は傾転角測定装置２０の断面図である。傾転角測定装置２０は油圧ポンプ１０の傾転角θを測定する装置であり、ケーシング２１、傾転角センサ２２、及びリンク機構２３を含んで構成されている。

ケーシング２１は傾転角測定装置２０の外郭をなす円筒状の部材であり、油圧ポンプ１０のメインケーシング１１ａの外周面に静的に固定されており、メインケーシング１１ａの外周面から突出して取り付けられている。ケーシング２１の両端は開口しており、ケーシング２１の中心線はシリンダブロック１２の揺動中心線Ｃに設計的に一致している。

傾転角センサ２２は、傾転機構１４の傾転角θを測定する角度センサ（例えばポテンショメータ）であり、ケーシング２１の先端開口を閉じるようにしてケーシング２１に静的に固定されている。この傾転角センサ２２はケーシング２１の開口に嵌合部２２ａを嵌め合わせて取り付けられており、その入力軸２２ｂの回転角を測定して電気的な検出信号としてコントローラ４９（図６）に出力する。傾転角センサ２２の入力軸２２ｂの中心線はシリンダブロック１２の揺動中心線Ｃに設計的に一致している。

リンク機構２３は、傾転機構１４と傾転角センサ２２とを連結し傾転機構１４の傾転角を傾転角センサ２２に伝達し入力する機構であり、回転軸２３ａ及び揺動レバー２３ｂを含んで構成されている。回転軸２３ａは、円筒状の外筒２３ａ１と、外筒２３ａ１を貫通するシャフト２３ａ２とを含んで構成されている。外筒２３ａ１とシャフト２３ａ２は互いに嵌合して固定されており、嵌合面間はＯリング２３ａ３でシールされている。回転軸２３ａはケーシング２１に挿し込まれ、ケーシング２１の内壁面に対して外筒２３ａ１が軸受２４ａ，２４ｂを介して支持されており、外筒２３ａ１とシャフト２３ａ２とが一体に回転する。回転軸２３ａの外筒２３ａ１とケーシング２１の対向面間はシール部材２７によりシールされている。回転軸２３ａの中心線はシリンダブロック１２の揺動中心線Ｃに設計的に一致している。シャフト２３ａ２の一端は、ケーシング２１の内部でフレキシブルカップリング２５を介して傾転角センサ２２の入力軸２２ｂに静的に連結されている。シャフト２３ａ２と入力軸２２ｂに製作誤差による軸ずれがあってもフレキシブルカップリング２５で吸収される。シャフト２３ａ２の他端は、油圧ポンプ１０のメインケーシング１１ａの内部で揺動レバー２３ｂの一端に対して位置決めネジ２６により静的に連結されている。揺動レバー２３ｂの他端は連結ピン２８（図２）を介して弁板１４ａに回動自在に連結されている。

−傾転角補正量検出装置−
図４は傾転角補正量検出装置３０の運転モード時の断面図、図５は較正モード時の断面図である。傾転角補正量検出装置３０は、接触センサ３１、ストライカ３２及びアジャスタ３６を含んで構成されている。

接触センサ３１は傾転角較正用の（具体的には傾転角測定装置２０で検出される傾転角θの補正値を演算するための）のセンサである。接触センサ３１はサーボピストン１５ｂの可動範囲における可動方向の少なくとも一端位置（本実施形態では図５の最小傾転位置Ｘｍｉｎ）でサーボピストン１５ｂを検出するように取り付けられている。接触センサ３１には先端にはプッシュ式のプランジャ３１ａを有するプッシュプランジャ型のリミットスイッチを採用してあるが、採用可能な接触式センサであればセンサの種類は特に限定されない。本実施形態では、サーボピストン１５ｂの可動範囲の一端（ヘッドケーシング１１ｂの上部側）にのみ接触センサ３１が設置されており、傾転機構１４の最小傾転角θｍｉｎが接触センサ３１で検出される構成としてある。但し、これに代えて又は加えてサーボピストン１５ｂの可動範囲の他端に接触センサ３１を設置して最小傾転位置に代えて又は加えて最大傾転位置が検出できる構成としても良い。

なお、サーボピストン１５ｂの可動範囲とは、構造的にサーボピストン１５ｂが移動できる範囲（図５の最小傾転位置Ｘｍｉｎから最大傾転位置Ｘｍａｘ）である。この可動範囲は、制御的に制限されたサーボピストン１５ｂの動作範囲（図８の傾転位置Ｘ１から傾転位置Ｘ２）とは異なる。ここでは、最小傾転位置Ｘｍｉｎをサーボピストン１５ｂの位置Ｘの最小として、Ｘｍｉｎ≦Ｘ≦Ｘｍａｘを可動範囲、Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２（Ｘｍｉｎ＜Ｘ１，Ｘ２≦Ｘｍａｘ）を動作範囲と規定できる。

ストライカ３２は、ピストン容器３３、ピストン３４、コイルバネ３５を含んで構成されている。

ピストン容器３３は、フランジを備えた筒状の部材であり、ヘッドケーシング１１ｂの上端にフランジを対向させてインロー構造で取り付けられている。ピストン容器３３の内側は円柱状のピストン室３３ａになっている。ピストン室３３ａは段付き穴で形成されており、ヘッドケーシング１１ｂ側の部分の径が縮小している。ヘッドケーシング１１ｂのシリンダ室１５ａとピストン容器３３との摺動面はシール３３ｂで封止されている。

ピストン３４は段付き円柱状の部材であり、コイルバネ３５に挿し込まれた状態でピストン室３３ａに収容されており、ピストン室３３ａの内部においてサーボピストン１５ｂと同一方向（図４中の上下方向）に移動可能である。このピストン３４は、外周部に設けた円環状の突起部３４ａがピストン室３３ａの段差に係り合って自己の可動範囲の下限（シリンダ室１５ａの側への移動位置の制限）が規定されている。ピストン容器３３とピストン３４の摺動面はシール３４ｂで封止されている。ピストン室３３ａのサーボピストン１５ｂと反対側の端部（上端）はアジャスタ３６で塞がれている。ピストン室３３ａの内部で自然長Ｌ０のコイルバネ３５が取り付け長さＬ２（＜Ｌ０）に圧縮された状態でピストン３４の突起部３４ａとアジャスタ３６により拘束されている。ピストン３４にサーボピストン１５ｂが触れていない状態では、コイルバネ３５の長さは取り付け長さＬ２であり、コイルバネ３５の復元力（伸び方向）によりピストン３４がサーボピストン１５ｂ側に（つまり下限に）押し付けられる。この状態においてピストン３４の先端はシリンダ室１５ａに僅かに突出する（図４）。

アジャスタ３６は、ストッパ３７、取り付け板３８、及び調整ナット３９を含んで構成されている。ストッパ３７は配管継ぎ手のブッシング状の部材であり、内ネジと外ネジを有している。取り付け板３８は段付き穴を有する円盤状の部材である。ストッパ３７は取り付け板３８に対してピストン３４側から挿し込まれ、外ネジに取り付けられたナット３８ａとの間に取り付け板３８を挟み込むことで取り付け板３８に固定されている。この取り付け板３８をピストン容器３３の上端面にボルトで固定することで、ピストン室３３ａにストッパ３７が臨むようにストライカ３２に対してアジャスタ３６が取り付けられている。ピストン３４にサーボピストン１５ｂが触れていない状態では、ストッパ３７とピストン３４との間に距離Ｌ１（＜Ｌ２）の隙間が介在する。ストッパ３７の内ネジ部分には接触センサ３１が捻じ込まれている。つまり接触センサ３１には外周部に雄ネジ部が備わっており、この雄ネジ部に取り付けられた調整ナット３９を締めこむことで接触センサ３１がストッパ３７に対して固定されている。接触センサ３１は、先端のプランジャ３１ａがストッパ３７からストライカ３２のピストン室３３ａに僅かに設定距離Ｌｐ（＜Ｌ１）だけ突出するように位置が調整されている。設定距離Ｌｐはプランジャ３１ａの最大ストロークよりも短い距離であり、ストッパ３７からの接触センサ３１の突出量を設定距離Ｌｐにすることで接触センサ３１に余計な力が加わることを回避できる。

ここで、上記のストライカ３２や傾転アクチュエータ１５は、次の２つの条件を満たすように構成されている。
（ａ）サーボピストン１５ｂがピストン３４に触れていない状態（サーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎから離れた状態）で次式が成立すること。

Ｐ２×Ｓ３＜Ｋ×（Ｌ０−Ｌ２）
（ｂ）サーボピストン１５ｂにピストン３４が押し込まれた状態（サーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎに位置する状態）で次式が成立すること。

Ｋ×（Ｌ０−Ｌ２＋Ｌ１）＜Ｐ１×Ｓ１−Ｐ２×Ｓ２
但し、Ｐ１：受圧室１５Ａの圧力、
Ｐ２：受圧室１５Ｂの圧力、
Ｓ１：サーボピストン１５ｂの大径側受圧面（下端面）の面積、
Ｓ２：サーボピストン１５ｂの小径側受圧面（上端面）の面積、
Ｓ３：ピストン３４の受圧面（下端面）の面積、
Ｌ０：コイルバネ３５の自然長
Ｌ１：ピストン３４とストッパ３７との間の距離
Ｌ２：コイルバネ３５の取り付け長さ
Ｋ：コイルバネ３５のバネ定数
である。

上記の条件を満たすように、出荷時において、ストッパ３７の内ネジと調整ナット３９によって接触センサ３１のプランジャ３１ａがストッパ３７から設定距離Ｌｐだけ突出するように調整する。また、出荷時には、較正モード（後述）に切り換えた状態でサーボピストン１５ｂを最小傾転位置Ｘｍｉｎに移動させて接触センサ３１の検出信号をコントローラ４９に入力させる。そして、検出信号が入力された状態でストッパ３７の外ネジを使ってピストン室３３ａに対するストッパ３７の軸方向位置を調整することで、ピストン３４及びサーボピストン１５ｂを微動させてサーボピストン１５ｂの最小傾転位置Ｘｍｉｎを微調整する。これによりサーボピストン１５ｂの可動範囲における最小傾転角θｍｉｎで油圧ポンプ１０から設定流量が吐出されるように調整し、その際に傾転角センサ２２で測定された最小傾転角θｍｉｎを基準値θｍｉｎｓとしてコントローラ４９に予め記憶させておく。

上記構成の傾転角補正量検出装置３０にあっては、サーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎ（図５）に移動してピストン３４に接触すると、ピストン３４がサーボピストン１５ｂに押し込まれる。サーボピストン１５ｂに押し込まれたピストン３４は、コイルバネ３５のバネ力に抗して図４中の上方向に押されてストッパ３７に当たる。その際に接触センサ３１のプランジャ３１ａがピストン３４に押され、接触センサ３１から検出信号がコントローラ４９に出力される。これによりサーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎにあることがコントローラ４９で検知される。

−容量制御装置−
図６は容量制御装置４０を模式的に表す回路図である。同図に示したように、容量制御装置４０は、レギュレータ４１とコントローラ４９とを含んで構成されている。

レギュレータ４１は、傾転アクチュエータを制御する装置であり、ソレノイド（比例ソレノイド）４２、スプール４３，４４、スプリング４５、ピストン室４６、及びドレン室４７を含んで構成されている。レギュレータ４１の入力ポート４４ａ，４４ｂには、油圧ポンプ１０とは別個に建設機械に搭載された補助ポンプ（パイロットポンプ）ＡＰの吐出ラインが接続している。補助ポンプＡＰは例えばギヤポンプであり、レギュレータ４１の入力ポート４４ａ，４４ｂの他、傾転アクチュエータ１５の受圧室１５Ｂにも接続している。レギュレータ４１は、コントローラ４９からソレノイド４２に入力される指令信号（励磁電流）により駆動される。

例えばソレノイド４２に入力される指令信号が強まると、スプール４３がバネ力に抗して図中の下方向に移動し、補助ポンプＡＰ（ポート４４ａ）とピストン室４６とを接続する油路の開口割合が増してスプール４４がバネ力に抗して図中の上方向に移動する。これにより傾転アクチュエータ１５の受圧室１５ＡとタンクＴとを接続する油路の開口割合が増し、サーボピストン１５ｂが図中の上方向（図４では下方向）に移動して傾転角θが大きくなる（ポンプ容量が増加する）。傾転角θが大きくなると油圧ポンプ１０からアクチュエータＡＣに供給される圧油の流量が増す。アクチュエータＡＣは建設機械の作業機等を駆動する油圧モータや油圧シリンダ等の油圧アクチュエータである。

反対にソレノイド４２に入力される指令信号が弱まると、スプール４３がバネ力により図中の上方向に移動する。するとピストン室４６とドレン室４７を接続する油路の開口割合が増加（ピストン室４６と補助ポンプＡＰを接続する油路の開口割合が減少）し、スプール４４がバネ力により図中の下方向に移動する。これにより傾転アクチュエータ１５の受圧室１５Ａと補助ポンプＡＰ（ポート４４ｂ）とを接続する油路の開口割合が増し、サーボピストン１５ｂが図中の下方向（図４では上方向）に移動して傾転角θが小さくなる（ポンプ容量が減少する）。傾転角θが小さくなると油圧ポンプ１０からアクチュエータＡＣに供給される圧油の流量が減少する。

傾転角θの変化は傾転角測定装置２０においてリンク機構２３を介して傾転角センサ２２に入力され、傾転角センサ２２の測定値（傾転角θ又は傾転角θに応じた例えば電圧値）がコントローラ４９に入力される。

コントローラ４９は、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ＨＤＤ等の各種メモリやＣＰＵを備えた制御用のコンピュータである。このコントローラ４９には、操作装置ＯＰからの操作信号の他、傾転角センサ２２、接触センサ３１、モードスイッチ４８の信号が入力される。操作装置ＯＰはアクチュエータＡＣの操作用の操作レバー装置や操作ペダル装置等であり、油圧ポンプ１０を搭載した建設機械の運転室（不図示）に設けられている。モードスイッチ４８は運転モードと較正モードとを切り換える操作を行うためのスイッチであり、例えば油圧ポンプ１０を搭載した建設機械の運転室（不図示）に設けられている。また、コントローラ４９の信号出力先としては、レギュレータ４１のソレノイド４２の他、出力装置ＯＤが備わっている。出力装置ＯＤは警告出力をして油圧ポンプ１０の異常等をオペレータに報知する機能を備えた装置であり、例えばモニタやランプ等の表示出力装置やスピーカやブザー等の音声出力装置である。この出力装置ＯＤは油圧ポンプ１０を搭載した建設機械の運転室（不図示）に設けられている。

レギュレータ４１のソレノイド４２に入力される指令信号は、オペレータの操作に伴って操作装置ＯＰから出力される操作信号に応じてコントローラ４９から出力される。その際、コントローラ４９は、操作装置ＯＰの操作量に応じたポンプ流量に対する油圧ポンプ１０の実際のポンプ流量の誤差を小さくする制御を実行する。具体的には、コントローラ４９は操作量に応じた目標傾転角θｔに傾転角センサ２２で測定された傾転角θを近付けるように、目標傾転角θｔに対する傾転角θの大小関係に応じてレギュレータ４１を駆動して油圧ポンプ１０をフィードバック制御する。

なお、前述した通り、運転モード時にコントローラ４９により制御的に制限されるサーボピストン１５ｂの動作範囲は先に説明した構造的な可動範囲よりも狭く設定されている。本実施形態では、運転モード時にソレノイド４２に出力される指令信号の最小値は０より大きく設定されており、運転モードが選択されている状態では無操作時でもサーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎまで移動しないようになっている。運転モード時においては、サーボピストン１５ｂがストライカ３２のピストン３４に触れることはなく、接触センサ３１が入り状態になることがないように設計されている。較正モード時にのみ、ソレノイド４２が消磁され、サーボピストン１５ｂが可動範囲の最小傾転位置Ｘｍｉｎ（図５）まで移動し、接触センサ３１によりサーボピストン１５ｂが検出される。なお、本願明細書においては、ソレノイド４２に対する励磁電流の供給を停止することに限らず、サーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎに移動する程度以下に励磁電流を弱めることを含めて「消磁」と呼ぶ。

そして、コントローラ４９は、接触センサ３１から信号が入力された際に傾転角センサ２２で検出された最小傾転角θｍｉｎと前述した基準値θｍｉｎｓとの偏差Δθｍｉｎを演算する。コントローラ４９には、こうして演算した偏差Δθｍｉｎに基づいて傾転角センサ２２で検出される傾転角θを補正する（言い換えれば同一の実傾転角に対して出荷当時に傾転角センサ２２で測定されていた値に変換する）機能が備わっている。具体的には、コントローラ４９は、モードスイッチ４８で較正モードが選択されている間に演算された上記の偏差Δθｍｉｎ（又はΔθｍｉｎの演算の基礎となる傾転角センサ２２の出力値）を補正値として記憶する。そして、運転モードに切り換わった後の傾転角センサ２２の測定値（傾転角θ）に補正値を加算し、補正した測定値が操作に応じた目標傾転角に近付くように油圧ポンプ１０をフィードバック制御する。

−基本動作−
油圧ポンプ１０にあっては、原動機（不図示）により回転軸１６が回転駆動されると、ドライブディスク１６ａとシリンダブロック１２が回転し、これに伴って各ピストン１３がシリンダ室１２ａの内部を順次往復摺動する。ピストン１３がシリンダ室１２ａから引き出される際に、例えば油通路１１ｃからポート１４ｃを介してシリンダ室１２ａに作動油が吸入される。その後、ピストン１３がシリンダ室１２ａに押し込まれる際に、シリンダ室１２ａの内部の作動油が加圧されてポート１４ｄから油通路１１ｄを介して吐出される。この吸入流量及び吐出流量が傾転角θにより変化する。前述した通り、油圧ポンプ１０の傾転角θはコントローラ４９によりレギュレータ４１を介して制御される。

−傾転制御−
図７はコントローラ４９による傾転角の制御手順を表すフローチャート、図８は傾転角θの測定値の補正概念の説明図である。コントローラ４９は、油圧ポンプ１０を搭載した建設機械の運転席でキースイッチがオンになって電源が入ると図７の手順を開始し、通電中は同手順を繰り返し実行する。手順の開始後、コントローラ４９は、まずモードスイッチ４８から信号を基に較正モードが選択されているかを判定する（ステップＳ１）。較正モードが選択されていれば、コントローラ４９はソレノイド４２を消磁して接触センサ３１から検出信号が入力されたかを判定する（ステップＳ１１）。接触センサ３１から検出信号が入力されたかどうかは、接触センサ３１の信号（出力電圧）が設定値Ｖ１［Ｖ］以上になったかで判定される（図８）。ソレノイド４２を消磁してもサーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎまで移動せず、設定時間内に接触センサ３１からサーボピストン１５ｂの検出信号が入力されない場合、コントローラ４９は出力装置ＯＤに警告出力を指令する（ステップＳ１５）。

サーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎに移動して接触センサ３１から検出信号が入力されたら、コントローラ４９はその際に傾転角センサ２２で実測された最小傾転角θｍｉｎを入力する。そして、出荷時に予め記憶された基準値θｍｉｎｓと最小傾転角θｍｉｎとの偏差Δθｍｉｎを演算する（ステップＳ１２）。コントローラ４９は、この偏差Δθｍｉｎの絶対値が予めメモリに格納された異常判定用の設定値Δθ１未満に収まっているかを判定する（ステップＳ１３）。偏差Δθｍｉｎが設定値Δθ１以上であれば、コントローラ４９は傾転角センサ２２の測定値が異常である（例えばリンク機構２３等の傾転角測定装置２０に故障がある）と判定して警告を出力し、ステップＳ３１に手順を移す（ステップＳ１５）。偏差Δθｍｉｎの絶対値が設定値Δθ１未満であれば、コントローラ４９は偏差Δθｍｉｎを補正値としてメモリに格納し、ステップＳ３１に手順を移す（ステップＳ１４）。更にコントローラ４９は電源がオフ（例えば油圧ポンプ１０を搭載した建設機械のキースイッチからの信号がオフ）になったかを判定し（ステップＳ３１）、電源がオフになったら例えば遅延回路を用いて図７の手順の終了処理を実行する。電源オンの状態が継続していれば、コントローラ４９はステップＳ１に手順を戻して図７の手順を継続して実行する。

その後、ステップＳ１に手順が戻ってモードスイッチ４８の信号を基に選択モードが運転モードに切り換わったことが判定されると、コントローラ４９は操作装置ＯＰからの操作信号が入力されたかを判定する（ステップＳ２１）。操作信号が入力されていない場合、コントローラ４９はステップＳ３１に手順を移す。操作信号が入力されていれば、コントローラ４９は操作信号に応じた目標傾転角θｔを演算し（ステップＳ２２）、目標傾転角θｔに応じた指令信号をソレノイド４２に出力して油圧ポンプ１０の傾転を制御する（ステップＳ２３）。ソレノイド４２に指令信号を出力したら、コントローラ４９は傾転角センサ２２で測定された傾転角θを入力し（ステップＳ２４）、ステップＳ１４で記憶した偏差Δθｍｉｎを補正値として傾転角θを補正する（ステップＳ２５）。本実施形態では、偏差Δθｍｉｎを加算することで傾転角θを補正する。従って、偏差Δθｍｉｎが正の値であれば（基準値θｍｉｎｓよりも較正モード時に実測された最小傾転角θｍｉｎが小さければ）傾転角θは増加方向に補正される。反対に、偏差Δθｍｉｎが負の値であれば（基準値θｍｉｎｓよりも較正モード時に実測された最小傾転角θｍｉｎが大きければ）傾転角θは減少方向に補正される。傾転角θを補正したら、コントローラ４９は補正した傾転角θと目標傾転角θｔの偏差を演算し、その偏差の絶対値が予めメモリに記憶された設定値Δθｓ未満に収まっているかを判定する（ステップＳ２６）。偏差が設定値Δθｓ以上であれば、コントローラ４９はその偏差を小さくするように指令値を増減させ（ステップＳ２７）、ステップＳ２６の処理を再試行するフィードバック制御を実行する。偏差が設定値Δθｓ未満であれば、コントローラ４９はステップＳ３１に手順を移す。ステップＳ３１の処理内容については前述した通りである。

−効果−
（１）本実施形態によれば、可動範囲の最小傾転側の端部でサーボピストン１５ｂを接触センサ３１で検出し、その際の傾転角センサ２２の測定値と基準値θｍｉｎｓとの偏差Δθｍｉｎを算出して、偏差Δθｍｉｎにより傾転角センサ２２の測定値θを補正する。サーボピストン１５ｂの可動範囲の端部位置はリンク機構２３等の経年摩耗の影響を受けず普遍的であるため、サーボピストン１５ｂの可動範囲の端部位置については例えば出荷当時と実質的に同一条件を再現することができる。そして、サーボピストン１５ｂの位置が等しい条件で傾転角センサ２２の測定値について現在の値を例えば出荷当時に得た基準値と比較することで、リンク機構２３等に生じた経年摩耗による傾転角センサ２２の測定値の変化を測ることができる。従って、傾転角θを傾転角センサ２２に伝えるリンク機構２３等の部品の経年摩耗による傾転角θの測定誤差（偏差Δθｍｉｎ）を測定することができる。測定した傾転角θにこの誤差を反映させることで、リンク機構２３等の経年摩耗により傾転角θの測定誤差が拡大しても精度良く油圧ポンプ１０の容量を制御することができる。また傾転角センサ２２の測定値の経年変化からリンク機構２３等の可動部品の摩耗の程度が推定できるため、可動部品の寿命診断に役立つ。

（２）サーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎに移動したことを検知する限りにおいては、ストロークセンサを用いてサーボピストン１５ｂの位置を常時検出可能な構成とすることもできる。しかし、この場合にはサーボピストン１５ｂのストロークに応じた測定可能範囲を持つストロークセンサを要し、傾転角補正量検出装置３０が必要以上に大型化する。多機能化が著しい近年の建設機械にあって、増加傾向にある車載機器を緻密にレイアウトする上で車載機器の無駄な大型化は望ましくない。

それに対し、本実施形態においてキャリブレーションのために新設した接触センサ３１は、サーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎに移動したことのみを検出するリミットスイッチである。従ってポンプシステムの大型化を抑制し、良好な車載性を確保することができる。

（３）較正モードと運転モードを分け、運転モード時つまり通常運転時には接触センサ３１がサーボピストン１５ｂに触れないように構成されているため、日頃の運転に伴って傾転角補正量検出装置３０が受ける影響を抑制できる。但し、前述した可動範囲を動作範囲に一致させてモード切り換えを省略し、通常運転中に接触センサ３１が作動した際に都度補正値を演算及び更新する構成とすることも考えられる。

（４）接触センサ３１をサーボピストン１５ｂの可動範囲における可動方向の一端位置にのみ設け、較正モード時に演算した偏差Δθｍｉｎそのものを一定の補正値として扱う。そして測定された傾転角θを一律に偏差Δθｍｉｎだけオフセット補正するので、補正処理に要する演算容量を抑えることができる。

（５）偏差Δθｍｉｎが異常判定用の設定値Δθ１以上である場合に警告を出すことで、傾転角センサ２２やリンク機構２３等の傾転角測定装置２０の故障を推定することができる。

（６）傾転角補正量検出装置３０はシール３３ｂやシール３４ｂで適切に摺動面がシールされているので、接触センサ３１が臨むピストン室３３ａへの油の侵入を抑制しピストン室３３ａの加圧を回避できる。従って過酷な環境下での使用に耐え得る特殊仕様のセンサを用いる必要がなく、通常仕様のセンサを接触センサ３１として使用することができる。これにより傾転角補正量検出装置３０の大型化に伴う油圧ポンプ１０の車載性の低下や製造コストの高騰を抑制できる。

＜第２実施形態＞
図９は本発明の第２実施形態に係るポンプシステムを構成する油圧ポンプの断面図であり、第１実施形態の図１に対応する図である。本実施形態において第１実施形態と同様の又は対応する要素には適宜図１と同符号を付して説明を省略する。本実施形態が第１実施形態と相違する点は、接触センサ３１がサーボピストン１５ｂの可動範囲における可動方向の両端の位置に設けられている点である。本実施形態ではヘッドケーシング１１ｂの受圧室１５Ｂ側（上側）の端部と同様にして、受圧室１５Ａ側（下側）の端部にも傾転角補正量検出装置３０が設置してある。受圧室１５Ｂ側に設けた傾転角補正量検出装置３０と受圧室１５Ａ側に設けたものとは同一構成であり、サーボピストン１５ｂの最小傾転位置Ｘｍｉｎに加えて最大傾転位置Ｘｍａｘが検出できるように構成されている。その他のハード構成については第１実施形態と同様である。

図１０は本発明の第２実施形態に係るポンプシステムにおける傾転角の制御手順を表すフローチャートであり、第１実施形態の図７に対応する図である。図１１は本実施形態における傾転角θの測定値の補正概念の説明図であり、第１実施形態の図８に対応する図である。本実施形態において、ステップＳ１，Ｓ１５，Ｓ２１−Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２７，Ｓ３１の手順は、図７の同一番号の手順と同一の処理である。ステップＳ１１’，Ｓ１２’，Ｓ１３’，Ｓ１４’，Ｓ２５’の手順は、図７のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ２５の手順に対応しているが一部異なる。第１実施形態と異なるステップＳ１１’，Ｓ１２’，Ｓ１３’，Ｓ１４’，Ｓ２５’の手順について説明する。

本実施形態では、ステップＳ１で選択モードが較正モードであると判定した場合、コントローラ４９はソレノイド４２を消磁してサーボピストン１５ｂを最小傾転位置Ｘｍｉｎに移動させる。一方の接触センサ３１から検出信号が入力されたら、コントローラ４９はその際に傾転角センサ２２で測定された最小傾転角θｍｉｎを記憶し、ソレノイド４２の励磁力を増大させてサーボピストン１５ｂを最大傾転位置Ｘｍａｘに移動させる。これにより他方の接触センサ３１から検出信号が入力されたら、コントローラ４９はその際に傾転角センサ２２で測定された最大傾転角θｍａｘを記憶する。コントローラ４９は、θｍｉｎ，θｍａｘを測定する一連の制御の過程で双方の接触センサ３１から検出信号が設定時間内に入力されたかを判定する（ステップＳ１１’）。双方の接触センサ３１から検出信号が入力されたかどうかは、第１実施形態と同様に各接触センサ３１の信号（出力電圧）が設定値Ｖ１［Ｖ］以上になったかで判定される（図１１）。サーボピストン１５ｂは最大傾転位置Ｘｍａｘを経由して最小傾転位置Ｘｍｉｎに移動させても（θｍａｘ，θｍｉｎの順に測定しても）良い。例えばサーボピストン１５ｂが最小傾転位置Ｘｍｉｎ及び最大傾転位置Ｘｍａｘに移動不能な状態で、少なくとも一方の接触センサ３１からの検出信号の入力がない場合、コントローラ４９はステップＳ１５に手順を移して出力装置ＯＤに警告出力を指令する。

θｍｉｎ，θｍａｘの双方が測定されたら、コントローラ４９は出荷時に予め記憶された基準値θｍｉｎｓ，θｍａｘｓとθｍｉｎ，θｍａｘとの各偏差Δθｍｉｎ，Δθｍａｘを演算する（ステップＳ１２’）。基準値θｍｉｎｓ、θｍａｘｓ例えば出荷時に最小傾転位置Ｘｍｉｎと最大傾転位置Ｘｍａｘで得られた傾転角センサ２２の測定値である。コントローラ４９は、この偏差Δθｍｉｎ，Δθｍａｘの各絶対値が予めメモリに格納された異常判定用の各設定値Δθ１，Δθ２未満に収まっているかを判定する（ステップＳ１３’）。偏差Δθｍｉｎが設定値Δθ１以上又は偏差Δθｍａｘが設定値Δθ２以上であれば、コントローラ４９は出力装置ＯＤに警告出力を指令する（ステップＳ１５）。

偏差Δθｍｉｎの絶対値が設定値Δθ１未満でかつ偏差Δθｍａｘの絶対値が設定値Δθ２未満であれば、コントローラ４９は補正値の関数Δθ（ｘ）を求めてメモリに格納し、ステップＳ３１に手順を移す（ステップＳ１４’）。補正値の関数Δθ（ｘ）の算出手順は次の通りである。

例えば出荷時におけるサーボピストン１５ｂの位置Ｘと傾転角θの相関である基準関数θｓ（ｘ）は、次式のように求められる（図１１）。
θｓ（ｘ）＝｛（θｍａｘｓ−θｍｉｎｓ）（Ｘ−Ｘｍｉｎ）／（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）｝＋θｍｉｎｓ
基準関数θｓ（ｘ）によれば、サーボピストン１５ｂの任意の位置Ｘについて出荷当時の傾転角センサ２２の傾転角θ（任意の位置Ｘについての基準値）が求められる。

また、経年後におけるサーボピストン１５ｂの位置Ｘと傾転角θの相関である関数θ（ｘ）は、経年後に最小傾転位置Ｘｍｉｎで測定された最小傾転値θｍｉｎ、最大傾転位置Ｘｍａｘで測定された最大傾転角θｍａｘから次式のように求められる（図１１）。
θ（ｘ）＝｛（θｍａｘ−θｍｉｎ）（Ｘ−Ｘｍｉｎ）／（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）｝＋θｍｉｎ
上記の補正値の関数Δθ（ｘ）は、次式のように、予めメモリに格納された基準関数θｓ（ｘ）と経年後に較正モードを用いて取得した関数θ（ｘ）との差分として求められる。
Δθ（ｘ）＝θｓ（ｘ）−θ（ｘ）
この補正値の関数Δθ（ｘ）によれば、サーボピストン１５ｂの任意の位置Ｘについて現在の傾転角センサ２２の傾転角θに加算すべき補正値が求められる。図１１のように関数θｓ（ｘ），θ（ｘ）が平行であれば、関数Δθ（ｘ）は一定値Δθとなるが、関数θｓ（ｘ），θ（ｘ）の差分が位置Ｘに応じて増減する場合には補正値は位置Ｘに応じて異なる値となる。

その後、選択モードが運転モードに切り換わったら、第１実施形態と同様にステップＳ２１〜Ｓ２４の処理を経て、運転中に測定された傾転角θに基づいて関数Δθ（ｘ）から補正値を算出し、この補正値を加算することで傾転角θを補正する（ステップＳ２５’）。具体的には、傾転角センサ２２で測定された傾転角θに基づき関数θ（ｘ）からサーボピストン１５ｂの位置Ｘが算出できるので、算出した位置Ｘについて補正値の関数Δθ（ｘ）から補正値を算出することができる。続くステップＳ２６以降の手順は第１実施形態と同様である。

本実施形態のように補正値の関数Δθ（ｘ）を用いても、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、出荷当時との比較で経年後の傾転角センサ２２の測定値の偏差がサーボピストン１５ｂの位置Ｘにより異なる場合も考えられる。そのような場合には、本実施形態のように補正値の関数Δθ（ｘ）を用いて位置Ｘに応じた補正値で傾転角θをオフセット補正することで、第１実施形態に対して補正精度の向上が期待できる。

１１…ケーシング、１２…シリンダブロック、１２ａ…シリンダ室、１３…ピストン、１４…傾転機構、１５…傾転アクチュエータ、１５ｂ…サーボピストン、２２…傾転角センサ、２３…リンク機構、３１…接触センサ（リミットスイッチ）、４１…レギュレータ、４８…モードスイッチ、４９…コントローラ、ＯＤ…出力装置、Ｘ１〜Ｘ２…動作範囲、Ｘｍｉｎ〜Ｘｍａｘ…可動範囲、Ｘｍｉｎ…最小傾転位置（可動範囲における可動方向の一端位置）、Ｘｍａｘ…最大傾転位置（可動範囲における可動方向の一端位置）、Δθｍａｘ…偏差、Δθｍｉｎ…偏差、Δθ１，Δθ２…設定値、Δθ（ｘ）…補正値の関数、θ…傾転角（傾転角センサの測定値）、θｍａｘ…最大傾転角（接触センサから信号が入力された際の傾転角センサの測定値）、θｍａｘｓ…基準値、θｍｉｎ…最小傾転角（接触センサから信号が入力された際の傾転角センサの測定値）、θｍｉｎｓ…基準値、θｓ（ｘ）…関数（基準相関）、θ（ｘ）…関数（サーボピストンの位置と傾転角センサの測定値との相関）

Claims (6)

1. 本体としてのケーシングと、
   前記ケーシングに収容されたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックの複数のシリンダ室にそれぞれ摺動可能に挿入された複数のピストンと、
   前記シリンダ室に対する前記ピストンのストローク量を調整する傾転機構と、
   往復動作するサーボピストンにより前記傾転機構を駆動する傾転アクチュエータと、
   前記傾転アクチュエータを制御するレギュレータと、
   前記傾転機構の傾転角を測定する傾転角センサと、
   前記傾転機構と前記傾転角センサとを連結し前記傾転角センサに傾転角を入力するリンク機構と、
   前記傾転角センサの測定値を基に前記レギュレータをフィードバック制御するコントローラとを備えた可変容量型油圧ポンプシステムにおいて、
   前記サーボピストンの可動範囲における可動方向の少なくとも一端位置で前記サーボピストンを検出する傾転角較正用の接触センサを備え、
   前記コントローラは、前記接触センサから信号が入力された際の前記傾転角センサの測定値と予め記憶されたその基準値との偏差を演算し、その後の前記傾転角センサの測定値を前記偏差に基づいて補正することを特徴とする可変容量型油圧ポンプシステム。
2. 請求項１に記載の可変容量型油圧ポンプシステムにおいて、前記接触センサはリミットスイッチであることを特徴とする可変容量型油圧ポンプシステム。
3. 請求項１に記載の可変容量型油圧ポンプシステムにおいて、
   運転モードと較正モードとを切り換えるモードスイッチを備え、
   前記運転モードの下で前記コントローラにより制限される前記サーボピストンの動作範囲は前記可動範囲よりも狭く設定されており、前記較正モードが選択されている場合にのみ前記接触センサにより前記サーボピストンが検出可能に構成されており、
   前記コントローラは、前記較正モードで前記偏差を算出し、前記偏差を基に前記運転モードに切り換わった後の前記傾転角センサの測定値を補正することを特徴とする可変容量型油圧ポンプシステム。
4. 請求項３に記載の可変容量型油圧ポンプシステムにおいて、
   前記接触センサは、前記サーボピストンの可動範囲における可動方向の一端位置にのみ設けられており、
   前記コントローラは、前記較正モードが選択されている場合に、前記接触センサから信号が入力された際の前記傾転角センサの測定値と前記基準値との偏差を補正値として演算し、
   前記コントローラは、前記運転モードが選択されている場合に、前記補正値を加算することにより前記傾転角センサの測定値を補正することを特徴とする可変容量型油圧ポンプシステム。
5. 請求項３に記載の可変容量型油圧ポンプシステムにおいて、
   前記接触センサは、前記サーボピストンの可動範囲における可動方向の両端位置に設けられており、
   前記コントローラは、前記較正モードが選択されている場合に、双方の接触センサから信号が入力された際の前記傾転角センサの測定値から前記サーボピストンの位置と前記傾転角センサの測定値との相関を演算し、この相関と予め記憶された基準相関とから傾転角についての補正値の関数を求め、
   前記コントローラは、前記運転モードが選択されている場合に、前記傾転角センサの測定値に基づいて前記関数から算出した補正値を加算することにより前記傾転角センサの測定値を補正することを特徴とする可変容量型油圧ポンプシステム。
6. 請求項３に記載の可変容量型油圧ポンプシステムにおいて、
   警告出力をする出力装置を備え、
   前記コントローラは、前記較正モードが選択されている場合に、前記接触センサから信号が入力された際の前記傾転角センサの測定値と前記基準値との偏差の絶対値が予め定められた設定値以上であれば、前記出力装置に警告出力を指令することを特徴とする可変容量型油圧ポンプシステム。

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